JP2019219696A - High-chroma omnidirectional structural color multilayer structure - Google Patents
High-chroma omnidirectional structural color multilayer structure Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019219696A JP2019219696A JP2019183534A JP2019183534A JP2019219696A JP 2019219696 A JP2019219696 A JP 2019219696A JP 2019183534 A JP2019183534 A JP 2019183534A JP 2019183534 A JP2019183534 A JP 2019183534A JP 2019219696 A JP2019219696 A JP 2019219696A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- multilayer structure
- dielectric layer
- structural color
- high chroma
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 199
- 239000012792 core layer Substances 0.000 claims abstract description 46
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 12
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 9
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 claims description 7
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 3
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 3
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 abstract 2
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 19
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 7
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 5
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 3
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 description 2
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L magnesium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Mg+2] ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910001635 magnesium fluoride Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000002845 discoloration Methods 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910000484 niobium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Optical Filters (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
Abstract
Description
関連出願への相互参照
本願は、２０１３年２月６日に出願された米国特許出願連続番号第１３／７６０，６９９号の一部継続出願（continuation-in-part（ＣＩＰ））である。米国特許出願連続番号第１３／７６０，６９９号は、２０１１年２月５日に出願された米国特許出願連続番号第１３／０２１，７３０号のＣＩＰである。米国特許出願連続番号第１３／０２１，７３０号は、２０１０年１２月２１日に出願された米国特許出願連続番号第１２／９７４，６０６号（現在米国特許番号第８，３２３，３９１号）のＣＩＰである。米国特許出願連続番号第１２／９７４，６０６号は、２００９年２月１８日に出願された米国特許出願連続番号第１２／３８８，３９５号のＣＩＰである。米国特許出願連続番号第１２／３８８，３９５号は、２００７年８月１２日に出願された米国特許出願連続番号第１１／８３７，５２９号（現在米国特許番号第７，９０３，３３９号）のＣＩＰである。
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is a continuation-in-part (CIP) of U.S. Patent Application Serial No. 13 / 760,699, filed February 6, 2013. U.S. Patent Application Serial No. 13 / 760,699 is a CIP of U.S. Patent Application Serial No. 13 / 021,730 filed February 5, 2011. U.S. Patent Application Serial No. 13 / 021,730 is incorporated by reference in U.S. Patent Application Serial No. 12 / 974,606, filed December 21, 2010 (now U.S. Patent No. 8,323,391). CIP. U.S. Patent Application Serial No. 12 / 974,606 is a CIP of U.S. Patent Application Serial No. 12 / 388,395 filed February 18, 2009. U.S. Patent Application Serial No. 12 / 388,395 is incorporated by reference in U.S. Patent Application Serial No. 11 / 837,529, filed August 12, 2007 (now U.S. Patent No. 7,903,339). CIP.
本願はさらに、２０１０年９月２９日に出願された米国特許出願連続番号第１２／８９３，１５２号のＣＩＰである。米国特許出願連続番号第１２／８９３，１５２号は、２００９年５月１８日に出願された米国特許出願連続番号第１２／４６７，６５６号のＣＩＰである。 The present application is further a CIP of U.S. Patent Application Serial No. 12 / 893,152, filed September 29, 2010. U.S. Patent Application Serial No. 12 / 893,152 is a CIP of U.S. Patent Application Serial No. 12 / 467,656 filed May 18, 2009.
本願はさらに、２０１０年６月４日に出願された米国特許出願連続番号第１２／７９３，７７２号のＣＩＰである。 This application is further a CIP of U.S. Patent Application Serial No. 12 / 793,772, filed June 4, 2010.
本願はさらに、２０１２年８月１０日に出願された米国特許出願連続番号第１３／５７２，０７１号のＣＩＰである。米国特許出願連続番号第１３／５７２，０７１号は、２０１１年２月５日に出願された米国特許出願連続番号第１３／０２１，７３０号のＣＩＰである。米国特許出願連続番号第１３／０２１，７３０号は、２０１０年６月４日に出願された米国特許出願連続番号第１２／７９３，７７２号のＣＩＰである。米国特許出願連続番号第１２／７９３，７７２号は、２００７年８月１２日に出願された米国特許出願連続番号第１１／８３７，５２９号（現在は米国特許番号第７，９０３，３３９号）のＣＩＰである。 The present application is further a CIP of U.S. Patent Application Serial No. 13 / 572,071, filed August 10, 2012. U.S. Patent Application Serial No. 13 / 572,071 is a CIP of U.S. Patent Application Serial No. 13 / 021,730, filed February 5, 2011. U.S. Patent Application Serial No. 13 / 021,730 is a CIP of U.S. Patent Application Serial No. 12 / 793,772 filed June 4, 2010. U.S. Patent Application Serial No. 12 / 793,772 is U.S. Patent Application Serial No. 11 / 837,529 filed August 12, 2007 (now U.S. Patent No. 7,903,339). CIP.
本願はさらに、２０１１年１月２６日に出願された米国特許出願連続番号第１３／０１４，３９８号のＣＩＰである。米国特許出願連続番号第１３／０１４，３９８号は、２０１０年６月４日に出願された米国特許出願連続番号第１２／７９３，７７２号のＣＩＰである。米国特許出願連続番号第１２／７９３，７７２号は、２０１０年１月１３日に出願された米国特許出願連続番号第１２／６８６，８６１号のＣＩＰである。米国特許出願連続番号第１２／６８６，８６１号は、２００９年２月１９日に出願された米国特許出願連続番号第１２／３８９，２５６号（現在は米国特許番号第８，３２９，２４７号）のＣＩＰである。 The present application is further a CIP of U.S. Patent Application Serial No. 13 / 014,398, filed January 26, 2011. U.S. Patent Application Serial No. 13 / 014,398 is a CIP of U.S. Patent Application Serial No. 12 / 793,772 filed June 4, 2010. U.S. Patent Application Serial No. 12 / 793,772 is a CIP of U.S. Patent Application Serial No. 12 / 686,861 filed January 13, 2010. U.S. Patent Application Serial No. 12 / 686,861 is filed on U.S. Patent Application Serial No. 12 / 389,256 filed February 19, 2009 (now U.S. Patent No. 8,329,247). CIP.
発明の分野
本発明は、全方向構造色に関し、特に金属および誘電体層によって提供される全方向構造色に関する。
The present invention relates to omnidirectional structural colors, and in particular to omnidirectional structural colors provided by metal and dielectric layers.
発明の背景
多層構造から形成される顔料が公知である。さらに、高クロマ全方向構造色を示すまたは提供する顔料も公知である。
BACKGROUND OF THE INVENTION Pigments formed from multilayer structures are known. In addition, pigments exhibiting or providing high chroma omnidirectional structural colors are also known.
しかしながら、このような先行技術の顔料は、所望の色特性を得るために３９個もの薄膜層を必要とする。薄膜多層顔料の生産に関連付けられるコストは必要とされる層の数に比例し、誘電材料の多層スタックを用いる高クロマ全方向構造色の生産に関連付けられるコストは非常に高額となり得るということが理解されている。したがって、必要とされる薄膜層の数が最小である高クロマ全方向構造色が望ましい。 However, such prior art pigments require as many as 39 thin film layers to achieve the desired color characteristics. Understand that the costs associated with the production of thin film multilayer pigments are proportional to the number of layers required, and that the costs associated with producing high chroma omnidirectional structural colors using a multilayer stack of dielectric materials can be very high. Have been. Therefore, a high chroma omnidirectional structural color that requires a minimal number of thin film layers is desirable.
発明の概要
高クロマ全方向構造色多層構造が提供される。当該構造は多層スタックを含む。当該多層スタックは、反射層とも称され得るコア層と、コア層に亘って延在する誘電体層と、誘電体層に亘って延在する吸収層とを有する。誘電体層と吸収層との間に界面が存在し、当該界面において、第１の入射電磁波長についてほぼゼロの電界が存在するとともに、第２の入射電磁波長にて大きな電界が存在する。したがって、この界面は、当該界面を通り、コア／反射層からの反射率で誘電体層を通る第１の入射電磁波長の高い透過を可能にする。しかしながら、この界面は、第２の入射電磁波長の高い吸収を産出する。したがって、多層スタックは狭い帯域の光を作り出すまたは反射する。
SUMMARY OF THE INVENTION A high chroma omnidirectional structural color multilayer structure is provided. The structure includes a multilayer stack. The multilayer stack has a core layer, which may also be referred to as a reflective layer, a dielectric layer extending over the core layer, and an absorbing layer extending over the dielectric layer. There is an interface between the dielectric layer and the absorbing layer, at which there is an almost zero electric field at the first incident electromagnetic wavelength and a large electric field at the second incident electromagnetic wavelength. Thus, this interface allows for a high transmission of the first incident electromagnetic wavelength through the interface and through the dielectric layer with reflectivity from the core / reflective layer. However, this interface produces a high absorption of the second incident electromagnetic wavelength. Thus, the multilayer stack produces or reflects a narrow band of light.
コア層は、式ＲＩ１＝ｎ１＋ｉｋ１によって示される複素屈折率を有し得、ｎ１＜＜ｋ１であり、式中ＲＩ１は複素屈折率であり、ｎ１はコア層の屈折率であり，ｋ１はコア層の消衰係数であり、ｉは√−１である。いくつかの場合では、コア層は銀、アルミニウム、金、またはそれらの合金から形成され、好ましくは５０ナノメートル（ｎｍ）と２００ｎｍとの間の厚さを有する。 The core layer may have a complex index of refraction represented by the formula RI 1 = n 1 + ik 1 , where n 1 << k 1 , where RI 1 is the complex index and n 1 is the refractive index of the core layer. Where k 1 is the extinction coefficient of the core layer and i is √−1. In some cases, the core layer is formed from silver, aluminum, gold, or an alloy thereof, and preferably has a thickness between 50 nanometers (nm) and 200 nm.
誘電体層は、反射光の所望の狭い帯域の中心波長のクォーターウェーブ（ＱＷ）の２倍以下の厚さを有する。さらに、誘電体層は、酸化チタン、フッ化マグネシウム、硫化亜鉛、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ケイ素、またはそれらの組合せから形成され得る。 The dielectric layer has a thickness no greater than twice the quarter wave (QW) of the center wavelength of the desired narrow band of reflected light. Further, the dielectric layer may be formed from titanium oxide, magnesium fluoride, zinc sulfide, hafnium oxide, tantalum oxide, silicon oxide, or a combination thereof.
吸収層は屈折率が消衰係数にほぼ等しい複素屈折率を有する。このような材料は、クロム、タンタル、タングステン、モリブデン、チタン、窒化チタン、ニオブ、コバルト、ケイ素、ゲルマニウム、ニッケル、パラジウム、バナジウム、酸化鉄、およびそれらの組合せまたは合金を含む。さらに、吸収層の厚さは好ましくは５ｎｍと２０ｎｍとの間である。 The absorbing layer has a complex refractive index whose refractive index is approximately equal to the extinction coefficient. Such materials include chromium, tantalum, tungsten, molybdenum, titanium, titanium nitride, niobium, cobalt, silicon, germanium, nickel, palladium, vanadium, iron oxide, and combinations or alloys thereof. Furthermore, the thickness of the absorbing layer is preferably between 5 and 20 nm.
いくつかの場合では、多層構造は、吸収層の外面に亘って延在する別の誘電体層を含む。また、別の吸収層はコア層と第１の誘電体層との間に含まれ得る。このような構造は、コア層上に最小で２層を有する高クロマ全方向構造色を提供する。 In some cases, the multilayer structure includes another dielectric layer that extends over the outer surface of the absorbing layer. Also, another absorbing layer may be included between the core layer and the first dielectric layer. Such a structure provides a high chroma omnidirectional structural color with a minimum of two layers on the core layer.
発明の詳細な説明
高クロマ全方向構造色多層構造が提供される。したがって、当該多層構造には、ペイント顔料、および所望の色を提供する薄膜などとしての使用がある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A high chroma omnidirectional structural color multilayer structure is provided. Thus, such multilayer structures include use as paint pigments and thin films to provide the desired color.
高クロマ全方向構造色多層構造は、コア層と、コア層に亘るよう延在する誘電体層とを含む。さらに、吸収層は、界面を間に挟んで誘電体層に亘って延在する。吸収層および／または誘電体層の厚さは、これらの２層の間の界面が、第１の入射電磁波長にてほぼゼロの電界を示し、第２の入射電磁波長にて大きな電界を示すように設計および／または作製される。第２の入射電磁波長は第１の入射電磁波長と等しくない。 The high chroma omnidirectional multi-layer structure includes a core layer and a dielectric layer extending across the core layer. Further, the absorbing layer extends across the dielectric layer with the interface therebetween. The thickness of the absorbing layer and / or the dielectric layer indicates that the interface between the two layers exhibits a near zero electric field at the first incident electromagnetic wavelength and a large electric field at the second incident electromagnetic wavelength. Designed and / or made as follows. The second incident electromagnetic wavelength is not equal to the first incident electromagnetic wavelength.
界面でのほぼゼロの電界は、そこを透過する高いパーセンテージの第１の入射電磁波長を産出する一方、大きな電界は界面に吸収される高いパーセンテージの第２の入射電磁波長を産出するということが理解されるべきである。これにより、多層構造は、たとえば４００ｎｍ未満、３００ｎｍ未満または２００ｎｍ未満の狭い反射帯域といった狭い帯域の電磁放射を反射する。さらに、当該狭い反射帯域は、たとえば０°と４５°との間の角度、０°と６０°との間の角度および／または０°と９０°との間の角度といった異なる角度から見た際、その中心波長のシフトが非常に低い。 A near zero electric field at the interface produces a high percentage of the first incident electromagnetic wavelength transmitted therethrough, while a large electric field produces a high percentage of the second incident electromagnetic wavelength absorbed at the interface. It should be understood. Thereby, the multilayer structure reflects a narrow band of electromagnetic radiation, for example a narrow reflection band of less than 400 nm, less than 300 nm or less than 200 nm. Further, the narrow reflection band may be viewed from different angles, for example, between 0 ° and 45 °, between 0 ° and 60 °, and / or between 0 ° and 90 °. , Its center wavelength shift is very low.
コア層は、その複素屈折率が材料についての消衰係数よりもはるかに小さい屈折率を有するような材料から形成される。複素屈折率は式ＲＩ１＝ｎ１＋ｉｋ１によって示され、ｎ１はコア層材料の屈折率であり、ｋ１はコア層材料の消衰係数であり、ｉは−１の平方根である。この基準に該当する材料は、銀、アルミニウム、金、およびそれらの合金を含む。さらに、コア層の厚さは、いくつかの場合では１０ｎｍと５００ｎｍとの間であり得、他の場合では２５ｎｍと３００ｎｍとの間であり得、さらに他の場合では５０ｎｍと２００ｎｍとの間であり得る。 The core layer is formed from a material whose complex refractive index has a refractive index much smaller than the extinction coefficient for the material. The complex refractive index is given by the formula RI 1 = n 1 + ik 1 , where n 1 is the refractive index of the core layer material, k 1 is the extinction coefficient of the core layer material, and i is the square root of −1. Materials meeting this criterion include silver, aluminum, gold, and alloys thereof. Further, the thickness of the core layer may be between 10 and 500 nm in some cases, between 25 and 300 nm in other cases, and between 50 and 200 nm in other cases. possible.
誘電体層は、狭い反射帯域の中心波長のクォーターウェーブの２倍（２ＱＷ）以下の厚さを有する。ＱＷは以下の式で定義される。 The dielectric layer has a thickness of no more than twice (2QW) a quarter wave at the center wavelength of the narrow reflection band. QW is defined by the following equation.
ＱＷ＝λ／（４・ｎ）
ここでλは反射されるべき所望の波長で、ｎは誘電体層の屈折率である。さらに、誘電体層は酸化チタン（たとえば、ＴｉＯ２）、フッ化マグネシウム（たとえば、ＭｇＦ２）、硫化亜鉛（たとえば、ＺｎＳ）、酸化ハフニウム（たとえば、ＨｆＯ２）、酸化ニオブ（たとえば、Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タンタル（たとえば、Ｔａ２Ｏ５）、酸化ケイ素（たとえば、ＳｉＯ２）、およびそれらの組合せから形成され得る。
QW = λ / (4 · n)
Where λ is the desired wavelength to be reflected and n is the refractive index of the dielectric layer. Further, the dielectric layer is made of titanium oxide (eg, TiO 2 ), magnesium fluoride (eg, MgF 2 ), zinc sulfide (eg, ZnS), hafnium oxide (eg, HfO 2 ), niobium oxide (eg, Nb 2 O). 5 ), tantalum oxide (eg, Ta 2 O 5 ), silicon oxide (eg, SiO 2 ), and combinations thereof.
吸収層に関して、当該材料についての消衰係数と概して等しい屈折率を有する材料が用いられる。この基準を満たす材料は、クロム、タンタル、タングステン、モリブデン、チタン、窒化チタン、ニオブ、コバルト、ケイ素、ゲルマニウム、ニッケル、パラジウム、バナジウム、酸化鉄、および／またはそれらの合金もしくは組合せを含む。いくつかの場合では、吸収層の厚さは５ｎｍと５０ｎｍとの間であり、他の場合では、厚さは５ｎｍと２０ｎｍとの間である。 For the absorption layer, a material having a refractive index generally equal to the extinction coefficient for the material is used. Materials meeting this criterion include chromium, tantalum, tungsten, molybdenum, titanium, titanium nitride, niobium, cobalt, silicon, germanium, nickel, palladium, vanadium, iron oxide, and / or alloys or combinations thereof. In some cases, the thickness of the absorbing layer is between 5 nm and 50 nm; in other cases, the thickness is between 5 nm and 20 nm.
薄膜構造に亘る電界と所望厚さの誘電体層とに関して、理論に束縛されずに、図１は、屈折率ｎｓを有する基板またはコア層２上における、合計の厚み「Ｄ」と、増加厚さ「ｄ」と、屈折率「ｎ」とを有する誘電体層４の概略的な図である。入射光は、表面に垂直な線６に対してある角度θで誘電体層４の外面５に当たり、同じ角度で外面５から反射する。入射光は、外面５を通って誘電体層４の中に線６に対して角度θＦで透過し、図に示されるような角度θｓで基板層２の表面３に当たる。 Without being bound by theory, with respect to the electric field over the thin film structure and the desired thickness of the dielectric layer, FIG. 1 shows that the total thickness “D” on the substrate or core layer 2 having the refractive index n s and the increase FIG. 4 is a schematic diagram of a dielectric layer 4 having a thickness “d” and a refractive index “n”. The incident light strikes the outer surface 5 of the dielectric layer 4 at an angle θ with respect to a line 6 perpendicular to the surface, and reflects from the outer surface 5 at the same angle. The incident light is transmitted through the outer surface 5 into the dielectric layer 4 at an angle θ F with respect to the line 6 and impinges on the surface 3 of the substrate layer 2 at an angle θ s as shown.
単一の誘電体層の場合、θｓ＝θＦであり、電界（Ｅ）は、ｚ＝ｄのときにＥ（ｚ）として表され得る。マクスウェルの方程式から、電界はｓ偏光について以下のように表され得る。 For a single dielectric layer, θ s = θ F and the electric field (E) can be expressed as E (z) when z = d. From Maxwell's equation, the electric field can be expressed as follows for s-polarized light:
ｐ偏光については以下のように表され得る。 For p-polarized light, it can be expressed as:
式中ｋ＝２π／λであり、λは反射されるべき所望の波長である。またα＝ｎｓｓｉｎθｓであり、式中「ｓ」は図１における基板に対応する。したがって、ｓ偏光については Where k = 2π / λ, where λ is the desired wavelength to be reflected. Also an alpha = n s sin [theta s, where "s" corresponds to the substrate in FIG. Therefore, for s-polarized light
であり、ｐ偏光については And for p-polarized light
である。
誘電体層４のＺ方向に沿った電界の変動は未知のパラメータｕ（ｚ）およびｖ（ｚ）の計算によって推定され得るということが理解される。その場合、
It is.
It is understood that the variation of the electric field along the Z direction of the dielectric layer 4 can be estimated by calculating unknown parameters u (z) and v (z). In that case,
が示され得る。境界条件ｕ｜ｚ＝０＝１，ｖ｜ｚ＝０＝ｑｓと、
ｓ偏光について、ｑｓ＝ｎｓｃｏｓθｓ （６）
ｐ偏光について、ｑｓ＝ｎｓ／ｃｏｓθｓ （７）
ｓ偏光について、ｑ＝ｎｃｏｓθＦ （８）
ｐ偏光について、ｑ＝ｎ／ｃｏｓθＦ （９）
φ＝ｋ・ｎ・ｄ ｃｏｓ（θＦ） （１０）
という関係とを用いて、ｕ（ｚ）およびｖ（ｚ）は以下のように表され得る。
Can be shown. Boundary condition u | z = 0 = 1, v | and z = 0 = q s,
For s-polarized light, q s = n s cos θ s (6)
For p-polarized light, q s = n s / cosθ s (7)
For s-polarized light, q = ncos θ F (8)
For p-polarized light, q = n / cos θ F (9)
φ = knd cos (θ F ) (10)
And u (z) and v (z) can be expressed as:
および and
したがって、φ＝ｋ・ｎ・ｄ ｃｏｓ（θＦ）でｓ偏光については、 Therefore, for s-polarized light with φ = kn · cos (θ F ),
であって、ｐ分極については And for p-polarization
であり、式中 Where
である。したがって、θＦ＝０または垂直入射、φ＝ｋ・ｎ・ｄ、およびα＝０といった単純な状態の場合、 It is. Thus, for the simple states of θ F = 0 or normal incidence, φ = knd, and α = 0,
これにより、電界がゼロの際に、解かれるべき厚さ「ｄ」が得られる。
本発明の多層構造は、コア層の対向する側上に誘電体層の対と、誘電体層の外面に亘って延在する吸収層の対とを有する中央コア層を有する５層構造を含み得る。誘電体層の別の対が２つの吸収層の外面に亘って延在する７層多層構造が含まれる。上記の最初の５層構造がコア層の対向する表面と誘電体層との間を延在する吸収層の対を含む異なる７層構造が含まれる。さらに、上記の７層構造に対して、吸収層のさらに別の対がコア層の対向する表面と誘電体層との間を延在する９層多層構造が含まれる。
This gives the thickness "d" to be solved when the electric field is zero.
The multilayer structure of the present invention includes a five-layer structure having a central core layer having a pair of dielectric layers on opposite sides of the core layer and a pair of absorbing layers extending across an outer surface of the dielectric layer. obtain. Included is a seven-layer multilayer structure in which another pair of dielectric layers extends across the outer surfaces of the two absorbing layers. The first five-layer structure described above includes a different seven-layer structure including a pair of absorbing layers extending between the opposing surface of the core layer and the dielectric layer. In addition to the seven-layer structure described above, a nine-layer multilayer structure is provided in which yet another pair of absorbing layers extends between the opposing surface of the core layer and the dielectric layer.
ここで図２を参照して、高クロマ全方向構造色多層構造の実施例が参照番号１０にて概略的に示される。多層構造１０は、コアまたは反射層１００を有しており、反射層１００の外面１０２に亘って誘電体層１１０が延在している。さらに吸収層１２０が、誘電体層１１０に亘ってそれらの間に界面１１２を挟んで延在する。図２に示されるように、入射光が多層構造１０に送られて多層構造１０に当たる。反射光が多層構造１０から反射される。 Referring now to FIG. 2, an embodiment of a high chroma omnidirectional structural color multilayer structure is indicated generally by the reference numeral 10. The multilayer structure 10 has a core or reflective layer 100, with a dielectric layer 110 extending across the outer surface 102 of the reflective layer 100. Further, an absorbing layer 120 extends across the dielectric layer 110 with an interface 112 therebetween. As shown in FIG. 2, incident light is sent to the multilayer structure 10 and strikes the multilayer structure 10. The reflected light is reflected from the multilayer structure 10.
図３を参照して、特定の実施例が図３（ａ）に示される。当該実施例では、コア層１００はアルミニウムから形成され、誘電体層１１０はＺｎＳから形成され、吸収層１２０はクロムから形成される。図３（ｂ）は、アルミニウムコア層１００、ＺｎＳ誘電体層１１０、およびクロム吸収層１２０についての屈折率を示すグラフを提供する。さらに図３（ｂ）には、誘電体層１１０（６０ｎｍ）および吸収層１２０（５ｎｍ）の厚さも示される。 Referring to FIG. 3, a specific embodiment is shown in FIG. In this embodiment, the core layer 100 is formed from aluminum, the dielectric layer 110 is formed from ZnS, and the absorbing layer 120 is formed from chromium. FIG. 3 (b) provides a graph showing the refractive index for the aluminum core layer 100, the ZnS dielectric layer 110, and the chromium absorbing layer 120. FIG. 3B also shows the thickness of the dielectric layer 110 (60 nm) and the absorption layer 120 (5 nm).
図３（ｃ）および図３（ｄ）は、図３（ａ）に示される多層構造の厚さの関数として、電界（｜Ｅ｜２（単位は％））のグラフ図を提供する。図３（ｃ）および図３（ｄ）に示されるように、波長が６５０ｎｍのとき、相対的に大きな電界がＺｎＳ誘電体層とクロム吸収層との間の界面に存在する。対照的に、入射波長が４００ｎｍのとき、電界はＺｎＳ誘電体層とクロム吸収層との間の界面でほぼゼロである。本開示の目的のために、「ほぼゼロ」という文言は、いくつかの場合では２５％｜Ｅ｜２未満であると規定され、他の場合では１０％｜Ｅ｜２であると規定され、さらに他の場合では５％未満であると規定される。 FIGS. 3 (c) and 3 (d) provide graphical illustrations of the electric field (| E | 2 (in%)) as a function of the thickness of the multilayer structure shown in FIG. 3 (a). As shown in FIGS. 3C and 3D, when the wavelength is 650 nm, a relatively large electric field exists at the interface between the ZnS dielectric layer and the chromium absorption layer. In contrast, when the incident wavelength is 400 nm, the electric field is almost zero at the interface between the ZnS dielectric layer and the chromium absorbing layer. For the purposes of this disclosure, the term “nearly zero” is defined in some cases to be less than 25% | E | 2 and in others to 10% | E | 2 ; In still other cases it is specified to be less than 5%.
図３（ｃ）および図３（ｄ）に示されるグラフ図から、４００ｎｍ領域内の波長は界面１１２を透過する一方、６５０ｎｍ領域内の波長は界面１１２にて吸収されるということが理解される。したがって、４００ｎｍ範囲における電磁放射が界面１１２を透過し、ＺｎＳ誘電体層１１０を透過し、コア層１００から反射し、反射された電磁放射がその後誘電体層１１０、界面１１２、および吸収層１２０を透過することにより、狭い帯域の反射
された電磁放射が多層構造１０によって作り出される。これにより、狭い帯域の反射光が提供され、したがって構造色を産出する。
From the graphs shown in FIGS. 3C and 3D, it is understood that wavelengths in the 400 nm region are transmitted through the interface 112, while wavelengths in the 650 nm region are absorbed at the interface 112. . Thus, electromagnetic radiation in the 400 nm range transmits through interface 112, transmits through ZnS dielectric layer 110, reflects from core layer 100, and the reflected electromagnetic radiation subsequently passes through dielectric layer 110, interface 112, and absorbing layer 120. By transmission, a narrow band of reflected electromagnetic radiation is created by the multilayer structure 10. This provides a narrow band of reflected light, thus producing a structural color.
多層構造１０の全方向の作用に関して、誘電体層１１０の厚さは、反射光の第１の高調波のみが提供されるように設計または設定される。特に図４を参照して、図４（ａ）は、０°および４５°から見た際の多層構造１０の反射特性を示す。誘電体層１１０は、６７ｎｍに等しい、所望の４００ｎｍの波長の１．５ＱＷの厚さを有する。ＺｎＳ誘電体材料の屈折率ｎは以下のように与えられる。 For the omnidirectional operation of the multilayer structure 10, the thickness of the dielectric layer 110 is designed or set so that only the first harmonic of the reflected light is provided. With particular reference to FIG. 4, FIG. 4 (a) shows the reflection characteristics of the multilayer structure 10 when viewed from 0 ° and 45 °. The dielectric layer 110 has a thickness of 1.5 QW at the desired wavelength of 400 nm, equal to 67 nm. The refractive index n of the ZnS dielectric material is given as follows.
ｎ≒２.２
図４（ａ）に示されるように、かつ図４（ｂ）〜図４（ｄ）とは異なるように、反射された狭い帯域の電磁放射の第１の高調波のみが提供される。詳細には、誘電体層厚さが２ＱＷより大きい場合、第２の高調波、第３の高調波、および第４の高調波が存在することになる。したがって、誘電体層１１０の厚さは、全方向構造色を提供するために重要である。
n ≒ 2.2
As shown in FIG. 4 (a), and different from FIGS. 4 (b) -4 (d), only the first harmonic of the reflected narrow band electromagnetic radiation is provided. In particular, if the dielectric layer thickness is greater than 2QW, then there will be a second, third and fourth harmonic. Therefore, the thickness of the dielectric layer 110 is important to provide an omnidirectional structural color.
ここで図５を参照して、ＣＩＥＬＡＢ色空間を使用するａ＊ｂ＊カラーマップを使用して、多層構造についての色特性の比較が検討され得る。ＣＩＥＬＡＢ色空間は、非線形に圧縮されたＣＩＥ空間のＸＹＺ色空間座標に基づく、明度について次元Ｌ＊かつ反対色次元についてａ＊およびｂ＊である反対色空間であるということが理解される。ａ＊軸はｂ＊軸に垂直であり、色度面を形成する。Ｌ＊軸は色度面に垂直である。ａ＊軸およびｂ＊軸と組み合わされたＬ＊軸は、純度、色相および明るさのような対象の色属性を完全に表す。専門的でない文言を用いると、非常にカラフルな刺激（色）は、人間の目には鮮やかかつ強烈に見えるが、あまりカラフルでない刺激はグレーにより近いくすんだように見える。「カラフルさ」が全くなければ、色は「中性の」グレーであり、カラフルさがない画像は典型的に、グレイスケールの画像またはグレイスケール画像と称される。さらに、カラフルさ（クロマまたは彩度としても公知である）、明度（明るさとしても公知である）、および色相の３つの属性で、色が示され得る。 Referring now to FIG. 5, a comparison of color characteristics for a multilayer structure may be considered using an a * b * color map using the CIELAB color space. It is understood that the CIELAB color space is an inverse color space based on the XYZ color space coordinates of the non-linearly compressed CIE space, with dimensions L * for lightness and a * and b * for the opposite color dimensions. The a * axis is perpendicular to the b * axis and forms a chromaticity plane. The L * axis is perpendicular to the chromaticity plane. The L * axis combined with the a * and b * axes completely represent the color attributes of interest such as purity, hue and brightness. Using non-professional language, very colorful stimuli (colors) appear vivid and intense to the human eye, but less colorful stimuli appear duller, closer to gray. If there is no "colorfulness", the color is "neutral" gray, and images that are not colorful are typically referred to as grayscale or grayscale images. In addition, color can be indicated by three attributes: colorfulness (also known as chroma or saturation), lightness (also known as brightness), and hue.
図５に示されるカラーマップは、（ｂ＊／ａ＊）の逆タンジェント＝２８０に等しい色相のターゲットとされる色エリアを有する。この図に示される線は、０°から８０°の間から見た場合の色の変化に対応する。さらに、これらの線は、１．６７ＱＷおよび３ＱＷの誘電体層厚さにそれぞれ関連付けられる第１および第２の高調波に対応する。図に示されるように、第１の高調波および１．６７ＱＷの誘電体層厚さに対応する線は、色相のより低い角度のシフトに対応しており、したがってより大きな多層構造の所望の全方向の作用に対応している。 The color map shown in FIG. 5 has a targeted color area with a hue equal to the inverse tangent of (b * / a *) = 280. The lines shown in this figure correspond to color changes when viewed from between 0 ° and 80 °. Further, these lines correspond to the first and second harmonics, respectively, associated with dielectric layer thicknesses of 1.67 QW and 3 QW. As shown in the figure, the line corresponding to the first harmonic and the dielectric layer thickness of 1.67 QW corresponds to a lower angular shift of the hue, and thus the desired overall of a larger multilayer structure. Corresponds to directional action.
図６を参照して、図６（ａ）は、誘電体層１１０および吸収層１２０についての吸収対入射電磁放射波長のグラフ図を提供する。この図に示されるように、吸収層１２０は、約４００ｎｍの入射波長では吸収率が非常に低く、６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の入射波長に対しては吸収が非常に高い。さらに、４００ｎｍから６００〜７００ｎｍの範囲の間では吸収において相対的に急な増加が存在する。これにより、コア層１００に反射されることになる誘電体層１１０を透過する光の波長の著しい遮断が提供される。この著しい遮断は、図６（ｂ）に示されるグラフ図に対応する。図６（ｂ）に示されるグラフ図において、狭い帯域の電磁放射は、４００ｎｍの範囲において反射される。図６（ｂ）はさらに、０°および４５°から見た場合の当該反射された帯域の電磁放射の中心波長（４００ｎｍ）におけるシフトが非常に低いことを示す。狭い帯域の反射された電磁放射は、最大反射率点／波長と比較して５０％の反射率にて測定された位置において２００ｎｍ未満の幅を有するということが理解される。さらに、狭い反射された帯域は、４００ｎｍの波長について最大反射率の７５％にて測定された際に、１００ｎｍ未満の幅を有する。 Referring to FIG. 6, FIG. 6 (a) provides a graphical illustration of absorption versus incident electromagnetic radiation wavelength for dielectric layer 110 and absorbing layer 120. As shown in this figure, the absorption layer 120 has a very low absorption at an incident wavelength of about 400 nm and a very high absorption for incident wavelengths in the range of 600 nm to 700 nm. In addition, there is a relatively steep increase in absorption between 400 nm and 600-700 nm. This provides significant blocking of the wavelength of light transmitted through the dielectric layer 110 that will be reflected by the core layer 100. This significant cutoff corresponds to the graph shown in FIG. 6 (b). In the graph shown in FIG. 6 (b), narrow band electromagnetic radiation is reflected in the 400 nm range. FIG. 6 (b) further shows that the shift in the center wavelength (400 nm) of the electromagnetic radiation in the reflected band when viewed from 0 ° and 45 ° is very low. It is understood that the narrow band reflected electromagnetic radiation has a width of less than 200 nm at the position measured at 50% reflectance compared to the point of maximum reflectance / wavelength. In addition, the narrow reflected band has a width of less than 100 nm when measured at 75% of the maximum reflectance for a wavelength of 400 nm.
多層構造の色相およびクロマに関して、図６（ｃ）は、入射視角の関数として色相およびクロマにおける非常に小さい変化を示す。さらに、クロマは０°と４５°との間のすべての角度について５８と６０との間で維持される。 For the hue and chroma of the multilayer structure, FIG. 6 (c) shows very small changes in hue and chroma as a function of the angle of incidence. Further, the chroma is maintained between 58 and 60 for all angles between 0 ° and 45 °.
ここで図７に移って、本発明の別の実施例が図７（ａ）に参照番号２０で示される。多層構造２０は、吸収層１２０の外面に亘って延在する第２の誘電体層１３０を有する。図７（ｂ）は構造２０のさまざまな層について屈折率のグラフ図を提供し、図７（ｃ）は入射波長が４２０ｎｍである場合における構造２０に沿った厚さの関数として電界を示す。最後に、図７（ｄ）は、入射波長が５６０ｎｍである場合における多層構造２０に亘る厚さの関数として、電界のグラフ図を提供する。図７（ｃ）および図７（ｄ）に示されるように、波長が４２０ｎｍである場合について電界はほぼ０であるが、波長が５６０ｎｍである場合については相対的に大きいまたは高い。そのため、全方向の狭い帯域の反射された電磁放射が多層構造２０によって提供される。 Turning now to FIG. 7, another embodiment of the present invention is shown in FIG. The multilayer structure 20 has a second dielectric layer 130 that extends over the outer surface of the absorbing layer 120. FIG. 7 (b) provides a graph of the refractive index for various layers of structure 20, and FIG. 7 (c) shows the electric field as a function of thickness along structure 20 for an incident wavelength of 420 nm. Finally, FIG. 7 (d) provides a graphical illustration of the electric field as a function of thickness over the multilayer structure 20 for an incident wavelength of 560 nm. As shown in FIGS. 7C and 7D, the electric field is almost 0 when the wavelength is 420 nm, but is relatively large or high when the wavelength is 560 nm. As such, a narrow band of reflected electromagnetic radiation in all directions is provided by the multilayer structure 20.
図８を参照して、図８（ａ）は、０°および４５°から見た際の、図９（ａ）に示される構造からの電磁放射の反射された帯域の中心波長（４００ｎｍ）のシフトのグラフ図を提供する。誘電体層１１０および吸収層１２０についての吸収対入射電磁放射波長が図８（ｂ）に示され、視角の関数として色相およびクロマが図８（ｃ）に示される。 Referring to FIG. 8, FIG. 8 (a) shows the center wavelength (400 nm) of the reflected band of electromagnetic radiation from the structure shown in FIG. 9 (a) when viewed from 0 ° and 45 °. 5 provides a graphical illustration of the shift. The absorption versus incident electromagnetic radiation wavelength for dielectric layer 110 and absorption layer 120 is shown in FIG. 8 (b), and hue and chroma as a function of viewing angle are shown in FIG. 8 (c).
ここで図９を参照して、２つの多層構造の概略的な図が参照番号１２および２２で示される。図９（ａ）に示される多層構造１２は、コア層１００の対向する側上に別の誘電体層１１０ａおよび吸収層１２０ａが存在することを除いて、上で論じた実施例１０と本質的に同一である。さらに、図９（ｂ）に示される多層構造２２は、コア層１００の対向する側上の別の誘電体層１１０ａ、吸収層１２０ａ、および誘電体層１３０ａを除いて、上で論じた多層構造２０と本質的に同じである。このように、コア層１００は多層構造によってカバーされる両方の外面を有する。 Referring now to FIG. 9, a schematic diagram of the two multilayer structures is indicated by reference numerals 12 and 22. The multilayer structure 12 shown in FIG. 9 (a) is essentially the same as Example 10 discussed above, except that there is another dielectric layer 110a and an absorbing layer 120a on opposite sides of the core layer 100. Is the same as In addition, the multilayer structure 22 shown in FIG. 9 (b) is similar to the multilayer structure discussed above, except for another dielectric layer 110a, absorbing layer 120a, and dielectric layer 130a on opposite sides of the core layer 100. It is essentially the same as 20. Thus, the core layer 100 has both outer surfaces covered by the multilayer structure.
図９（ｃ）に示されるグラフプロットを参照して、アルミニウムコア層（Ａｌコア）のみ、アルミニウムコア層＋ＺｎＳ誘電体層（Ａｌコア＋ＺｎＳ）、５層アルミコア＋ＺｎＳ＋クロム構造（実施例１２に示されるようなＡｌコア＋ＺｎＳ＋Ｃｒ（５Ｌ））、および実施例２２に示されるような７層アルミコア＋ＺｎＳ＋クロム＋ＺｎＳ構造（Ａｌコア＋ＺｎＳ＋Ｃｒ＋ＺｎＳ（７Ｌ））について反射率対入射電磁放射波長が示される。この図に示されるように、誘電体層の対と吸収層とを間に挟んだ７層構造２２によって、他の構造と比較してより狭くかつ良好に規定された反射帯域の電磁放射が提供される。 Referring to the graph plot shown in FIG. 9C, only the aluminum core layer (Al core), aluminum core layer + ZnS dielectric layer (Al core + ZnS), five-layer aluminum core + ZnS + chromium structure (shown in Example 12) Reflectance versus incident electromagnetic radiation wavelength is shown for such an Al core + ZnS + Cr (5L)) and a seven-layer aluminum core + ZnS + Chromium + ZnS structure (Al core + ZnS + Cr + ZnS (7L)) as shown in Example 22. As shown in this figure, a seven-layer structure 22 sandwiching a pair of dielectric layers and an absorbing layer provides a narrower and better defined reflection band of electromagnetic radiation compared to other structures. Is done.
図１０は、第２の高調波を産出する誘電体厚さを有する５層構造と、第１の高調波のみ産出する誘電体厚さを有する５層構造と、第１の高調波のみ産出する誘電体層厚さを有する７層構造とについてのａ＊ｂ＊カラーマップを提供する。図においてターゲット色エリアを示す点線の円によって示されるように、他の構造を示す線と比較すると、線は７層構造に対応しており、第１の高調波が色相の低い角度シフトに対応する。 FIG. 10 shows a five-layer structure having a dielectric thickness that produces the second harmonic, a five-layer structure having a dielectric thickness that produces only the first harmonic, and producing only the first harmonic. 7 provides an a * b * color map for a seven layer structure with a dielectric layer thickness. Compared to the lines representing the other structures, the lines correspond to a seven-layer structure, with the first harmonic corresponding to a low hue shift in hue, as indicated by the dotted circles indicating the target color areas in the figure. I do.
現状技術の層構造と、光学的厚さが３ＱＷより大きい（以下「５層＞３ＱＷ」と称する）誘電体層を有する２つの５層構造と、本発明の実施例に従って作り出されたまたはシミュレートされた光学的厚さが２ＱＷ未満（以下「７層＜２ＱＷ構造」と称する）である少なくとも１つの誘電体層を有する７層構造との比較が、図１１におけるａ＊ｂ＊カラーマップ上に示される。図に示されるように、現状技術の構造および５層＞３ＱＷ構造は、本願明細書において開示される７層＜２ＱＷ構造によって、大幅に改善されている。特にクロマ（ State-of-the-art layer structures, two five-layer structures with dielectric layers having an optical thickness greater than 3QW (hereinafter "5 layers> 3QW"), and created or simulated according to embodiments of the present invention A comparison with a seven-layer structure having at least one dielectric layer having a measured optical thickness of less than 2 QW (hereinafter referred to as “seven-layer <2QW structure”) is shown on the a * b * color map in FIG. Is shown. As shown, the state-of-the-art structure and the five-layer> 3QW structure are greatly improved by the seven-layer <2QW structure disclosed herein. Especially chroma (
）は、５層＞３ＱＷ構造についてよりも７層＜２ＱＷ構造についてのほうが大きい。さらに、色調シフト（Δθ）は、５層＞３ＱＷ構造（Δθ２）と比較して、７層＜２ＱＷ構造（Δθ１）が約半分である。 ) Is greater for the seven-layer <2QW structure than for the five-layer> 3QW structure. Further, the color tone shift (Δθ) is about half that of the seven-layer <2QW structure (Δθ 1 ) as compared with the five-layer> 3QW structure (Δθ 2 ).
以下の表１は、５層＞３ＱＷ構造および７層＜２ＱＷ構造についての数値データを示す。クロマ（Ｃ＊）における１または２ポイントの増加は、２ポイントの増加が人間の目にも視覚的に認識可能であるので、有意増加であるということを当業者が認識するということが理解される。したがって、７層＜２ＱＷ構造によって示された６．０２ポイントの増加（１６．１％の増加）は特別である。さらに、７層＜２ＱＷ構造（１５°）についての色調シフトは、５層＞３ＱＷ構造（２９°）の色調シフトの約半分である。したがって当該２つの構造の間にほぼ等しい明度（Ｌ＊）が与えられると、７層＜２ＱＷ構造は、先行技術の構造と比較して色特性において有意かつ予期しない増加を提供する。 Table 1 below shows numerical data for the 5-layer> 3QW structure and the 7-layer <2QW structure. It is understood by those skilled in the art that a one or two point increase in chroma (C *) is a significant increase since the two point increase is also visually recognizable to the human eye. You. Thus, the 6.02 point increase (16.1% increase) exhibited by the 7-layer <2QW structure is special. Further, the tone shift for the seven-layer <2QW structure (15 °) is about half that of the five-layer> 3QW structure (29 °). Thus, given approximately equal lightness (L *) between the two structures, the seven-layer <2 QW structure provides a significant and unexpected increase in color properties as compared to prior art structures.
高クロマ全方向構造色多層構造の別の実施例が、図１２（ａ）において参照番号１４で概略的に示される。多層構造１４は、反射層１００と誘電体層１１０および１１０ａとの間のそれぞれの付加的な吸収層１０５および吸収層１０５ａを除いて、実施例１０に類似する。図１２（ｂ）において参照番号２４にて別の実施例が示される。当該実施例は、反射層またはコア層１００と誘電体層１１０，１１０ａとの間にそれぞれ吸収層１０５，１０５ａを追加したことを除いて実施例２０に類似している。 Another embodiment of a high chroma omnidirectional multi-layer structure is schematically indicated by reference numeral 14 in FIG. The multilayer structure 14 is similar to the tenth embodiment, except for the respective additional absorbing layers 105 and 105a between the reflective layer 100 and the dielectric layers 110 and 110a. In FIG. 12B, another embodiment is indicated by reference numeral 24. This embodiment is similar to embodiment 20 except that absorbing layers 105, 105a are added between the reflective or core layer 100 and the dielectric layers 110, 110a, respectively.
このような多層構造からの顔料は、犠牲層を有し、当業者に公知である任意の種類の堆積方法またはプロセスを用いて堆積された材料のその後の層を有するウェブ上のコーティングとして製造され得る。上記の堆積方法またはプロセスには、電子ビーム蒸着、スパッタリング、化学蒸着、ゾルゲル処理、およびレイヤ・バイ・レイヤ処理などが含まれる。多層構造が犠牲層上に堆積されると、２０ミクロンのオーダの表面寸法と、０．３〜１．５ミクロンのオーダの厚み寸法とを有する自立フレークが、犠牲層を取り除き残存する多層構造を研削してフレークにすることによって得られ得る。フレークが得られると、当該フレークは結合剤、添加剤、およびベースコート樹脂といった高分子材料と混合される。これにより全方向構造色ペイントが調製される。 Pigments from such a multilayer structure have a sacrificial layer and are manufactured as a coating on a web having a subsequent layer of deposited material using any type of deposition method or process known to those skilled in the art. obtain. Such deposition methods or processes include electron beam evaporation, sputtering, chemical vapor deposition, sol-gel processing, layer-by-layer processing, and the like. When the multilayer structure is deposited on the sacrificial layer, free-standing flakes having a surface dimension on the order of 20 microns and a thickness dimension on the order of 0.3-1.5 microns remove the sacrificial layer and remove the remaining multilayer structure. It can be obtained by grinding into flakes. Once the flakes are obtained, the flakes are mixed with polymeric materials such as binders, additives, and basecoat resins. This prepares an omnidirectional structural color paint.
全方向構造色ペイントは、色調シフトが３０°未満であって変色が最小である。このような最小の色調シフトは、人間の目に全方向的に見えるものであるよう理解されるべきである。色相の鮮明度は、ｔａｎ−１（ｂ＊／ａ＊）であり、式中、ａ＊およびｂ＊はｌａｂ色系における色座標である。 The omnidirectional structural color paint has a color shift of less than 30 ° and minimal discoloration. Such minimal tonal shifts should be understood as being omnidirectional to the human eye. Hue sharpness is tan -1 (b * / a *), where a * and b * are color coordinates in the lab color system.
まとめると、全方向構造色顔料は、反射層またはコア層と、１つまたは２つの誘電体層
と、１つまたは２つの吸収層とを有しており、コントロールの波長が可視スペクトルにおいてピーク反射率にて目標波長によって決定される場合、誘電体層の少なくとも１つは典型的な幅が０．１ＱＷより大きいが２ＱＷ以下である。さらに、ピーク反射率は、第１の高調波反射率ピークについてである。いくつかの場合では、１つ以上の誘電体層の幅は、０．５ＱＷより大きく２ＱＷ未満である。他の場合では、１つ以上の誘電体層の幅は、０．５ＱＷより大きく１．８ＱＷ未満である。
In summary, the omnidirectional structural pigment has a reflective or core layer, one or two dielectric layers, and one or two absorbing layers so that the control wavelength has a peak reflection in the visible spectrum. At least one of the dielectric layers has a typical width greater than 0.1 QW but less than or equal to 2 QW, as determined by the target wavelength in the ratio. Further, the peak reflectivity is for the first harmonic reflectivity peak. In some cases, the width of the one or more dielectric layers is greater than 0.5 QW and less than 2 QW. In other cases, the width of the one or more dielectric layers is greater than 0.5 QW and less than 1.8 QW.
上記の例および実施例は、単に例示的な目的であって、変更および修正などは当業者には明白であり、それらは本発明の範囲内に該当する。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によって定義される。 The above examples and embodiments are for illustrative purposes only, and changes and modifications will be apparent to those skilled in the art and fall within the scope of the invention. Accordingly, the scope of the present invention is defined by the appended claims.
Claims (20)
コア層と、
前記コア層に亘って延在する誘電体層と、
界面を間に挟んで前記誘電体層に亘って延在する吸収層とを有し、
前記誘電体層と前記吸収層との間の前記界面は、第１の入射電磁波長にてほぼゼロの電界を有し、第２の入射電磁波長にて大きな電界を有し、前記第２の入射電磁波長は前記第１の入射電磁波長とは等しくなく、
前記多層スタックは、０°と４５°との間の角度から見た際、３００ｎｍ未満の狭い反射帯域を有する、高クロマ全方向構造色多層構造。 A multilayer stack, wherein the multilayer stack comprises a core layer;
A dielectric layer extending over the core layer;
Having an absorption layer extending across the dielectric layer with an interface in between,
The interface between the dielectric layer and the absorbing layer has a substantially zero electric field at a first incident electromagnetic wavelength and a large electric field at a second incident electromagnetic wavelength; The incident electromagnetic wavelength is not equal to said first incident electromagnetic wavelength,
The multilayer stack is a high chroma omnidirectional structured color multilayer structure having a narrow reflection band of less than 300 nm when viewed from an angle between 0 ° and 45 °.
第１の外面と、間隔を空けて対向するように配置される第２の外面とを有するコア層と、
前記コア層の前記第１の外面に亘って延在する第１の誘電体層および前記第２の外面に亘って延在する第２の誘電体層と、
前記第１の誘電体層に亘って延在する第１の吸収層および前記第２の誘電体層に亘って延在する第２の吸収層とを有し、
前記多層スタックは、前記第１の吸収層と前記第１の誘電体層との間の第１の界面と、前記第２の吸収層と前記第２の誘電体層との間の第２の界面とにてほぼゼロの電界を有し、
０°と４５°との間の角度から見た際に、前記多層スタックは３００ｎｍ未満の狭い反射帯域を有する、高クロマ全方向構造色多層構造。 A multilayer stack, wherein the multilayer stack comprises:
A core layer having a first outer surface and a second outer surface disposed to face at a distance;
A first dielectric layer extending over the first outer surface of the core layer and a second dielectric layer extending over the second outer surface;
A first absorbing layer extending over the first dielectric layer and a second absorbing layer extending over the second dielectric layer;
The multilayer stack includes a first interface between the first absorbing layer and the first dielectric layer and a second interface between the second absorbing layer and the second dielectric layer. Has an almost zero electric field at the interface,
A high chroma omnidirectional structured color multilayer structure wherein the multilayer stack has a narrow reflection band of less than 300 nm when viewed from an angle between 0 ° and 45 °.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US13/913,402 | 2013-06-08 | ||
| US13/913,402 US10690823B2 (en) | 2007-08-12 | 2013-06-08 | Omnidirectional structural color made from metal and dielectric layers |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014117702A Division JP6655278B2 (en) | 2013-06-08 | 2014-06-06 | High chroma omnidirectional structure Color multilayer structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019219696A true JP2019219696A (en) | 2019-12-26 |
| JP6816235B2 JP6816235B2 (en) | 2021-01-20 |
Family
ID=52135216
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014117702A Expired - Fee Related JP6655278B2 (en) | 2013-06-08 | 2014-06-06 | High chroma omnidirectional structure Color multilayer structure |
| JP2019183534A Active JP6816235B2 (en) | 2013-06-08 | 2019-10-04 | High chroma omnidirectional structure color multilayer structure |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014117702A Expired - Fee Related JP6655278B2 (en) | 2013-06-08 | 2014-06-06 | High chroma omnidirectional structure Color multilayer structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JP6655278B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024054492A1 (en) * | 2022-09-07 | 2024-03-14 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Three-layered structural color multilayer structures |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10690823B2 (en) | 2007-08-12 | 2020-06-23 | Toyota Motor Corporation | Omnidirectional structural color made from metal and dielectric layers |
| US10788608B2 (en) | 2007-08-12 | 2020-09-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Non-color shifting multilayer structures |
| US10870740B2 (en) | 2007-08-12 | 2020-12-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Non-color shifting multilayer structures and protective coatings thereon |
| DE112015001639B4 (en) | 2014-04-01 | 2023-12-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | NON-COLOR-SHIFTING MULTI-LAYER STRUCTURES |
| DE102016100346A1 (en) * | 2015-01-28 | 2016-07-28 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | RESISTANT HYBRID PIGMENTS OF AN OMNIDIRECTIONAL STRUCTURAL COLOR FOR EXTERNAL APPLICATIONS |
| DE102016110095A1 (en) * | 2015-07-07 | 2017-01-12 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | OMNIDIRECTIONAL RED STRUCTURAL COLOR HIGH CHROMA WITH COMBINATION OF METAL ABSORBER AND DIELECTRIC ABSORBENT LAYERS |
| JP7162867B2 (en) * | 2017-07-11 | 2022-10-31 | 東海光学株式会社 | ND filter and its manufacturing method |
| US11011657B2 (en) * | 2017-10-11 | 2021-05-18 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Colored solar panels and structures comprising the same |
| US11118062B2 (en) * | 2017-12-06 | 2021-09-14 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | LiDAR reflecting dark colored pigments and vehicles comprising the same |
| KR102201575B1 (en) * | 2017-12-15 | 2021-01-12 | 주식회사 엘지화학 | Decoration element |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09508172A (en) * | 1994-04-22 | 1997-08-19 | フレックス プロダクツ インコーポレイテッド | High chroma paint containing multilayer interference platelets |
| JP2002530712A (en) * | 1998-11-24 | 2002-09-17 | フレックス プロダクツ インコーポレイテッド | Color shifting thin film pigment |
| JP2003329824A (en) * | 2002-04-05 | 2003-11-19 | Flex Products Inc | Chromatic diffractive pigment and foil |
| JP2005062838A (en) * | 2003-07-14 | 2005-03-10 | Flex Products Inc | Vacuum roll covering forgery preventive thin-film interference product having overt and/or covert patterned layer |
| JP2005513207A (en) * | 2001-12-20 | 2005-05-12 | フレックス プロダクツ インコーポレイテッド | Colorless multilayer diffractive pigments and foils |
| US20090073540A1 (en) * | 2007-09-17 | 2009-03-19 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Semi-transparent/transflective lighted interferometric devices |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE168713T1 (en) * | 1994-02-21 | 1998-08-15 | Basf Ag | MULTIPLE COATED METALLIC GLOSS PIGMENTS |
| DE19515988A1 (en) * | 1995-05-02 | 1996-11-07 | Basf Ag | Goniochromatic gloss pigments with a coating containing metal sulfide |
| GB9619781D0 (en) * | 1996-09-23 | 1996-11-06 | Secr Defence | Multi layer interference coatings |
| EP0984043A1 (en) * | 1998-08-31 | 2000-03-08 | Sicpa Holding S.A. | Optically variable pigments providing a colour shift between two distinct colours, coating composition comprising the same, method for producing the same and substrate coated with the coating composition |
| JP2002080749A (en) * | 2000-06-29 | 2002-03-19 | Nittetsu Mining Co Ltd | Film-coated powder, coating composition and coated article |
| US6686042B1 (en) * | 2000-09-22 | 2004-02-03 | Flex Products, Inc. | Optically variable pigments and foils with enhanced color shifting properties |
| US6569529B1 (en) * | 2000-10-10 | 2003-05-27 | Flex Product, Inc. | Titanium-containing interference pigments and foils with color shifting properties |
-
2014
- 2014-06-06 JP JP2014117702A patent/JP6655278B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2019
- 2019-10-04 JP JP2019183534A patent/JP6816235B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09508172A (en) * | 1994-04-22 | 1997-08-19 | フレックス プロダクツ インコーポレイテッド | High chroma paint containing multilayer interference platelets |
| JP2002530712A (en) * | 1998-11-24 | 2002-09-17 | フレックス プロダクツ インコーポレイテッド | Color shifting thin film pigment |
| JP2005513207A (en) * | 2001-12-20 | 2005-05-12 | フレックス プロダクツ インコーポレイテッド | Colorless multilayer diffractive pigments and foils |
| JP2003329824A (en) * | 2002-04-05 | 2003-11-19 | Flex Products Inc | Chromatic diffractive pigment and foil |
| JP2005062838A (en) * | 2003-07-14 | 2005-03-10 | Flex Products Inc | Vacuum roll covering forgery preventive thin-film interference product having overt and/or covert patterned layer |
| US20090073540A1 (en) * | 2007-09-17 | 2009-03-19 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Semi-transparent/transflective lighted interferometric devices |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024054492A1 (en) * | 2022-09-07 | 2024-03-14 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Three-layered structural color multilayer structures |
| WO2024052846A1 (en) * | 2022-09-07 | 2024-03-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Three-layered structural color multilayer structures |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6816235B2 (en) | 2021-01-20 |
| JP2014237819A (en) | 2014-12-18 |
| JP6655278B2 (en) | 2020-02-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11796724B2 (en) | Omnidirectional structural color made from metal and dielectric layers | |
| JP6655278B2 (en) | High chroma omnidirectional structure Color multilayer structure | |
| JP6947885B2 (en) | Multi-layer structure without color shift | |
| JP6437817B2 (en) | Red omnidirectional structural color made from metal and dielectric layers | |
| US9739917B2 (en) | Red omnidirectional structural color made from metal and dielectric layers | |
| US9664832B2 (en) | Omnidirectional high chroma red structural color with combination semiconductor absorber and dielectric absorber layers | |
| JP6416714B2 (en) | Red omnidirectional structural color made from metal and dielectric layers | |
| JP6817407B2 (en) | Omnidirectional high saturation red structural color with semiconductor absorber layer | |
| JP2016049777A5 (en) | ||
| JP7053549B2 (en) | Omnidirectional high saturation red structural color | |
| JP6549525B2 (en) | Omnidirectional high chroma red structural color with combination of semiconductor absorber layer and dielectric absorber layer | |
| JP6985434B2 (en) | Omnidirectional high saturation red structural color with a combination of metal absorber layer and dielectric absorber layer | |
| CN105372731B (en) | The red omnidirectional structure colorant as made from metal and dielectric layer | |
| CN113881272A (en) | Pigment flakes, coatings and security articles |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191101 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191101 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20201027 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20201124 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20201223 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6816235 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |